基于大概念理念的高中化學教學設計研究

蔣倩 王凱

［摘 要］大概念理念是能反映學科本質(zhì)、占據(jù)學科中心地位、具有廣泛的適用性和解釋力的思想。 基于大概念理念設計高中化學教學，能有效激發(fā)學生的學習興趣，使學生真正理解化學的相關概念，減輕學生的學習負擔，同時還能開闊教師的眼界，豐富教師的教學經(jīng)歷，使得化學教學更加絢爛多彩。文章以“乙醇的結(jié)構(gòu)”的教學設計為例，從知識建構(gòu)、任務設計以及思維發(fā)展等方面探討了以大概念理念為指導的高中化學課堂教學。

［關鍵詞］大概念理念；教學設計；乙醇的結(jié)構(gòu)

［中圖分類號］ ? ?G633.8 ? ? ? ?［文獻標識碼］ ? ?A ? ? ? ?［文章編號］ ? ?1674-6058（2022）20-0057-03

一、研究背景

（一）大概念理念的提出

大概念理念是處于學科中心地位，體現(xiàn)學科本質(zhì)，具有廣泛的適用性和解釋力的思想。英國教授溫·哈倫等十位來自世界各國的教育專家經(jīng)過研究、討論，確立了相關的大概念，他們從小概念出發(fā)，發(fā)展到范圍較大的、能夠概括廣泛思想的概念，再發(fā)展到能夠體現(xiàn)客觀世界的物體、現(xiàn)象，并將之相互聯(lián)系、統(tǒng)籌的概念［1］。從理論依據(jù)來看，一方面，有意義學習中的上位學習和下位學習就如同大概念和小概念，由此可將概括程度低、范圍窄的小概念歸到認知結(jié)構(gòu)中已有的概括程度高、范圍廣的大概念之下；另一方面，一個大概念之下可以有許多小概念，這些小概念都有著相同的部分。在已經(jīng)學習了大概念的背景下，可通過學習相應的小概念產(chǎn)生正向遷移效果，再接著學習其他相關的小概念。

（二）大概念理念的引入

當今的教育面臨著許多困難。科學教育旨在培養(yǎng)學生的科學思維，使學生具備良好的科學素養(yǎng)，而學習相互獨立的科學知識與技能并不能很好地達成這一目標。只有讓學生自主深入學習科學概念，并能夠遷移和廣泛運用，才能實現(xiàn)科學教育的宗旨。

教學中理論與實踐的脫離，導致學生只會紙上談兵，不能將知識熟練地運用于實際生活。化學中繁雜的概念需要學生花大量的時間來記憶，易導致學生產(chǎn)生厭學的心理。大概念理念作為引領現(xiàn)階段課程改革的關鍵因素，已成為教育領域的焦點。教師如果能夠引導學生掌握學科的基本概念框架，那么將有助于學生對學科知識的理解記憶，大大減輕學生的學習負擔，同時能讓學生更好地將知識運用于現(xiàn)實生活中，有利于學生的全面發(fā)展。新課程標準用大概念理念來統(tǒng)領各學科課程內(nèi)容，引領教學內(nèi)容的改革，明確強調(diào)以學科大概念作為核心，以便于學科核心素養(yǎng)的確切落實［2］。大概念理念的潛在價值并沒有在我國的教育領域得到充分的體現(xiàn)，基于大概念理念的教學的研究也還有一大片空白，但是基于大概念理念實施學科教學勢不可擋。近年來，我國部分優(yōu)秀教師密切關注大概念理念，并且在教學中引入了大概念理念，效果顯著。

（三）研究大概念理念的意義

在理論上，《普通高中化學課程標準（2017年版）》中提到的課程目標、課程結(jié)構(gòu)、實施建議等，為我國的課程改革提供了支持，加強了新版高中化學課程標準的實施，提高了化學在各學科教育中的地位［3］。在實踐上，化學是一門必不可少的課程，人們的日常生活離不開化學，課程改革背景下，化學學科的地位越發(fā)重要。大概念理念的提出，不僅能讓學生更好地學習化學，取得好成績，還能提高課堂教學的效率，將新知識與學生認知結(jié)構(gòu)中已有的相關概念建立實質(zhì)性的聯(lián)系，使學生能夠?qū)⒅R靈活運用于生活，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

二、基于大概念理念的教學設計分析

傳統(tǒng)的高中化學課堂大多關注具體知識點的教學，只在情境引入環(huán)節(jié)聯(lián)系生活，使得學生機械被動地學習，難以掌握化學學科的核心概念和形成完整的認知結(jié)構(gòu)。學科核心概念往往是一些關鍵和特殊的知識內(nèi)容，它突出了學科的基本內(nèi)容和教學的基本任務，反映了學科的本質(zhì)。“乙醇的結(jié)構(gòu)”是高中化學的重要知識點，教師可基于大概念理念開展教學設計，將孤立、散亂的知識進行整合串聯(lián)，這對啟發(fā)學生邏輯思維、減輕學生認知負擔、促進學生對生活實際的深層次認識具有重要作用［4］。

基于大概念理念的教學設計，聚焦學科本質(zhì)，并根據(jù)教材內(nèi)容，分析和提煉其中的核心思想方法，再通過事實一步一步地反推出學科大概念，將高度抽象的大概念化為抽象程度低的次級大概念。“乙醇的結(jié)構(gòu)”教學中，按照“大概念—次級大概念—小概念—事實”的層次建構(gòu)概念（見圖1）。首先，由生活事實引出乙醇這一物質(zhì)，并引導學生根據(jù)乙醇在生活中的應用推導出乙醇所具有的性質(zhì)；其次，先利用球棍模型拼接乙醇可能的結(jié)構(gòu)，再利用數(shù)據(jù)和實驗探究乙醇的結(jié)構(gòu)，在實驗過程中引導學生發(fā)現(xiàn)“乙醇與水的結(jié)構(gòu)有相似的部分”，在得出乙醇結(jié)構(gòu)的同時提出羥基這一小概念，進而提出次級大概念——官能團，總結(jié)出“物質(zhì)的組成結(jié)構(gòu)決定其性質(zhì)”這一學科大概念；再次，回歸生活，引導學生利用乙醇的性質(zhì)正確、合理地解釋生活現(xiàn)象；最后，讓學生查找資料，自主探究乙醚的性質(zhì)，加深學生對 “結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一學科大概念的理解。

三、基于大概念理念的教學設計案例——“乙醇的結(jié)構(gòu)”

根據(jù)圖2的教學思路，把“乙醇的結(jié)構(gòu)”相關知識串聯(lián)起來，形成完整的教學過程。

活動一：感知生活，體驗化學學習的樂趣

【素材】搖放一段有關花露水燃燒的視頻。

【問題】為何花露水未直接接觸火焰也會燃？在生活中如何避免此類事件的發(fā)生？

【多媒體】PPT展示花露水的成分。

【結(jié)論】由花露水的成分可知是乙醇使得花露水可燃。

設計意圖：通過視頻使物質(zhì)性質(zhì)的展現(xiàn)更為直觀，讓學生產(chǎn)生認知沖突；適時提出問題，引發(fā)學生思考，激發(fā)學生的探究興趣，同時讓學生明白化學與生活息息相關。

活動二：討論乙醇的性質(zhì)，初步猜測乙醇可能的結(jié)構(gòu)

【討論】教師給出實物——乙醇，引導學生觀察乙醇，并結(jié)合花露水燃燒的視頻說說乙醇有哪些性質(zhì)。

【講解】乙醇具有揮發(fā)性，無色，有特殊香味，可燃，從生活中存在不同度數(shù)的酒可以知道，乙醇與水可以任意的互溶；乙醇的密度比水小，熔沸點低，所以常溫下呈液態(tài)，易揮發(fā)。

【問題】同學們初中已學過乙醇（C2H6O）的元素組成，現(xiàn)在又學習了甲烷、乙烯等有機物的結(jié)構(gòu)，那么乙醇的結(jié)構(gòu)是怎樣的呢？請同學們利用球棍模型拼接出乙醇可能的結(jié)構(gòu)。

設計意圖：向?qū)W生提供思考的方向，引導學生逐漸建構(gòu)知識，學會根據(jù)一些簡單易得的信息推導出合理的假設，并能夠通過輔助工具表達假設。

活動三：進行實驗，驗證乙醇的結(jié)構(gòu)

【多媒體】PPT展示乙烷與乙醇的熔沸點表格。（見表1）

【問題】乙烷和乙醇的元素組成只相差一個氧，為何乙醇的熔沸點比乙烷大很多？

【講解】可能是因為乙醇結(jié)構(gòu)中存在氫鍵，初步猜測出乙醇的結(jié)構(gòu)。

【實驗】指導學生進行“乙醇與鈉反應”實驗，并觀察現(xiàn)象。

通過回顧水與鈉的反應現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，乙醇與鈉的反應和水與鈉的反應現(xiàn)象類似；對產(chǎn)生的氣體進行檢驗，發(fā)現(xiàn)是氫氣；在反應后的溶液中加入酚酞，發(fā)現(xiàn)溶液變紅，說明有堿性物質(zhì)產(chǎn)生。

【結(jié)論】乙醇有與水類似的結(jié)構(gòu)，即氫氧元素直接相連。

【講解】乙醇與水相似的結(jié)構(gòu)是探討乙醇結(jié)構(gòu)的關鍵，這個結(jié)構(gòu)被稱為羥基。從實驗中我們可以發(fā)現(xiàn)，羥基決定了乙醇的化學性質(zhì)。化學中把決定有機物化學特性的原子或原子團稱為官能團。

設計意圖：引導學生猜測結(jié)構(gòu)，再通過化學反應實驗進行驗證，可培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和探究能力，以及綜合各項信息得出結(jié)論的能力。

活動四：回歸生活，遷移應用

【問題】花露水易燃，可以采取什么措施避免花露水燃燒的發(fā)生？

【結(jié)論】方法一：遠離火源；方法二：使用不含乙醇的花露水；方法三：自制花露水。

【應用】乙醇在生活中的用途很多，比如制作飲料、醫(yī)用消毒殺菌以及用作燃料（乙醇汽油）等。

設計意圖：學習知識的意義不僅在于掌握，更在于應用。通過引入實際問題，引導學生探究解決，可培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的觀念和學以致用的習慣，以及提高學生解決問題的能力和遷移應用能力。

活動五：課外活動，自主探究

【探究】在研究乙醇結(jié)構(gòu)的過程中，根據(jù)乙醇的元素組成還可以得出另一種結(jié)構(gòu)，具有這種結(jié)構(gòu)的物質(zhì)是什么？性質(zhì)與乙醇有哪些不同之處？請同學們課后進行自主探究。

設計意圖：自主探究另一種結(jié)構(gòu)的物質(zhì)及其對應的性質(zhì)，通過與乙醇的性質(zhì)比較，發(fā)現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)有不同的性質(zhì)。通過事實一步一步地反推出學科大概念，再將高度抽象的大概念化為抽象程度低的次級大概念，加深學生對 “結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一學科大概念的理解。

四、總結(jié)

大概念理念猶如摩天大樓的根基，而小概念就猶如一個個樓層，如果沒有了大概念這個支柱，小概念就會搖搖欲墜。學科大概念的建構(gòu)目的在于讓學生構(gòu)建完整的知識框架，而掌握概念和建立模型是學生的重要能力，它影響著學生的科學判斷。學科概念的教學是一個從具體到抽象的過程。在概念教學過程中，教師應創(chuàng)設生活情境，調(diào)動學生的原始概念，擴展學生對概念的認知，并讓學生自己構(gòu)建概念模型，完善其概念認知體系。“宇宙中所有的物質(zhì)都是由很小的微粒構(gòu)成的”是《科學教育的原則和大概念》中的十四個大概念之一，作為上位概念，它統(tǒng)領著原子、分子等下位概念［5］。而物質(zhì)是由分子或者原子構(gòu)成的，分子則由原子構(gòu)成。在教學中，教師要以大概念為導向，厘清每個概念之間的上下位關系，在大概念引領下，使教學過程更順暢，自然而然地由宏觀層面過渡到微觀層面［6］。

基礎教育的主要任務就是把課程標準以及教材中展現(xiàn)的思想迅速地落實到實際教學中。基礎教育改革中不斷涌現(xiàn)出新的教育思潮，讓學者們應接不暇，其中，大概念理念對課程編排及課堂教學產(chǎn)生了重要的影響。

［ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ］

［1］ ?趙康.大概念的引入與教育學變革［J］.教育研究，2015（2）：33-40.

［2］ ?呂立杰，韓繼偉，張曉娟.學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)：課程實施的價值訴求［J］.課程·教材·教法，2017（9）：18-23.

［3］ ?孟獻華，倪娟.我國化學教育政策中社會-科學問題的百年回眸與展望：基于高中化學課程標準（教學大綱）的分析［J］.化學教育（中英文），2020（17）：26-30.

［4］ ?郎驍謀.大概念理念下基于項目的科學教學設計與實踐［D］.桂林：廣西師范大學，2017.

［5］ ?韋鈺.以大概念的理念進行科學教育［J］.人民教育，2016（1）：41-45.

［6］ ?何彩霞.化學觀念統(tǒng)領下的知識結(jié)構(gòu)及認識思路：以“物質(zhì)組成”知識為例［J］.化學教學，2015（8）：10-14.

（責任編輯 羅 艷）